关键词： 气化   积碳   多孔催化颗粒,孔隙尺度模拟  

摘要： 失活催化剂的气化再生过程是化工过程工业化连续运行的关键,其直接受到微观孔隙结构和焦炭分布特性的影响。本文基于格子玻尔兹曼方法,耦合相更新模型,研究了孔隙尺度上焦炭气化行为引起的孔隙结构的动态演变过程,评估了焦炭楔形分布对焦炭气化反应特性和传质特性的影响。结果表明,焦炭楔形分布条件下,气化反应导致轴向孔喉结构,且喉部不断右移。局部孔喉结构在一定程度上抑制了焦炭气化反应速率。本研究深入理解了焦炭气化行为引起的微观孔隙结构和传质特性的耦合作用,也为焦炭气化效率的提高提供了借鉴。

关键词： 孔隙网络模型   尺度升级   致密碳酸盐岩   相对渗透率曲线   微观孔隙结构  

摘要： 现有微观孔隙结构研究手段多局限于在微尺度提供孔喉尺寸、孔喉比等孔隙结构参数,所得结果无法直接应用于岩心尺度及矿场尺度等宏观尺度的研究中,其研究结果与储层实际结合具有一定困难。为此,从多尺度评价角度出发,以碳酸盐岩岩心数据体为研究对象建立孔隙网络模型分析碳酸盐岩微观孔隙结构,在此基础上,根据分布函数及分形函数对其进行尺度升级,获得岩心尺度评价参数。结果表明:尺度升级后的岩心表现出明显低渗、致密特性,与孔隙网络模型分析结果相符。可见,对微观孔隙结构分析结果进行尺度升级具有一定可行性,并且升级结果对于宏观尺度的评价工作具有一定的理论意义。

关键词： N-S方程   孔隙尺度   非混相驱替   非均质性   采收率  

摘要： 深入理解水油两相在多孔介质内的非混相驱替过程对于水驱油藏开发具有至关重要的意义.为摸清水油两相流动模式,本研究基于Navier-Stokes(N-S)方程模拟水油两相在微观多孔介质中的非混相驱替过程,采用相场方法实时描述两相界面变化.并对比了均质多孔介质模型与非均质多孔介质模型内的水驱油过程,研究了多孔介质非均质性对于水油非混相驱替模式、驱替效率及出口端见水时间的影响.两相流体的非混相驱替模式通常可分为三种类型:毛管指进、稳定驱替、黏性指进.其流动模式通常取决于两个无量纲数,毛管数和黏度比.本研究结果表明,多孔介质非均质性会增强水油两相驱替过程界面的不稳定性,使得非均质模型内的非混相驱替更易向黏性指进发展,降低黏性指进产生的临界毛管数;非均质模型的无水采收率较均质模型低,多孔介质无水采收率并不随毛管数的增大而增大,当驱替模式由毛管指进向黏性指进转变时,无水采收率随毛管数的增大而减小;相同毛管数条件下,非均质模型出口端的见水时间比均质模型早,黏性指进的形成会减小均质与非均质模型见水时间差异.该研究初步揭示了多孔介质非均质性对于水油非混相驱的影响,为深入理解油气储层中水油两相流动规律提供了理论支持.

关键词： CO_(2)地质封存与利用   孔隙尺度   岩心尺度   储层尺度  

摘要： 碳捕集、利用与封存技术(carbon capture,utilization and storage,CCUS)是指将CO_(2)从能源利用、工业生产或大气中分离出来,经过提纯运送到可利用或封存场地,以实现被捕集的CO_(2)与大气长期分离的技术。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)近期在报告中指出:CCUS技术是碳减排与碳中和的“foundation”技术。在我国碳达峰碳中和的“双碳”目标大背景下,CCUS技术被认为是我国实现碳中和目标不可或缺的关键性技术之一。该文对国际、国内主要研究团队和作者研究团队近年来在CO_(2)地质封存、增产致密油/页岩气/深层地热开采过程中的关键热质传递问题研究进行了综述,通过理论分析,利用分子动力学、格子Boltzmann、计算流体力学等模拟方法,和微观孔隙尺度可视化实验、岩心尺度核磁共振实验、超临界压力流体对流换热实验等实验手段,从不同尺度阐述了储层条件下超临界CO_(2)在微纳多孔结构中多相多组分流动与热质传递机理,分析了矿物反应、降压析出、流体变物性、尺度效应等对CO_(2)地质封存和驱油、驱气、采热过程中的影响规律,从而为CO_(2)地质封存和利用的应用提供理论和技术支撑。

关键词： 非饱和孔隙介质   多尺度波至流   波传播理论  

摘要： 弹性波在非饱和孔隙介质中传播时,孔隙流体会发生宏观Biot流、微观喷射流以及由于孔隙流体不同(气、液双相)导致的介(中)观流.将非饱和孔隙介质等效为含液相孔隙流体的背景介质中嵌入含气相孔隙流体的包裹体,在非饱和双重孔隙介质模型基础上,引入微观喷射流,建立了包含宏观、微观和介观三种尺度波至流的非饱和孔隙介质波传播方程.数值分析表明该模型可以更好地预测更宽频带内的波速频散和衰减.

关键词： 多孔介质   泡破压力   有效孔径   分离   孔隙尺度  

摘要： 金属多孔网幕具有比表面积大、物理稳定性好等诸多优点,广泛应用于推进剂在轨气液分离及相变传热等领域。泡破压力是衡量其相分离性能的关键参数,可根据多孔介质的有效泡破孔径确定。然而多孔网幕的孔隙结构极其复杂,泡破孔径计算仍未有通用且高效的方法。建立了一种基于三维孔隙结构的多孔网幕泡破压力的通用型解析模型。该模型仅依赖于多孔网幕的几何结构参数,无须实验即可有效预测多孔网幕的泡破压力。模型预测结果与本文实验及文献实验中不同网幕规格、低温及常温工质数据吻合良好,平均误差仅为8%,表明该解析模型具有普适性和准确性,可为基于多孔网幕的液体获取装置的设计与性能预测提供参考。

关键词： 海陆过渡相泥页岩   分形维数   分形模型   鄂尔多斯盆地  

摘要： 为探讨页岩储层中微孔、介孔和宏孔分形特征以及当前广泛应用的各分形模型的适用性,以鄂尔多斯盆地海陆过渡相太原组页岩气储层为研究对象,通过高压压汞实验和低温氮气吸附实验测试泥页岩孔隙结构参数。利用MENGER海绵模型计算高压压汞测试结果中宏孔分形维数,Frenkel-Halsey-Hill(F-H-H)模型计算低温氮气吸附测试结果中介孔分形维数,并尝试引入Volume-Specific Surface Area(V-S)模型计算低温氮气吸附测试结果中微孔分形维数。以拟合优度R^(2)值为评价指标,与前人基于不同计算方案的结果相互论证,借此探讨不同尺度孔隙的最佳分形维数计算模型。结果表明:微孔分形维数(D_(1))介于2.0136~2.2944之间,平均为2.1132,介孔分形维数(D_(2))介于2.5793~2.7622之间,平均为2.6405,宏孔分形维数(D_(3))介于2.7863~2.9985之间,平均为2.9339。随孔径增大,分形维数值呈增大趋势,孔表面愈发粗糙。F-H-H模型和V-S模型是泥页岩中介孔和微孔分形维数的最佳计算模型,拟合优度R^(2)值大于0.99,前者R^(2)值大于0.998;MENGER海绵模型对宏孔分形维数的计算过程同样体现出了高拟合优度,但R^(2)值和稳定性明显差于前两者。研究结果对海陆过渡相页岩气储层中孔隙分形特征的研究有一定的参考意义。

关键词： 多孔吸液芯   两相流   毛细抽吸   格子Boltzmann   孔隙尺度  

摘要： 通过改进后的QSGS方法构造了三维复杂多孔吸液芯结构,采用格子Boltzmann方法和GPU并行算法,数值模拟了孔隙尺度下多孔吸液芯毛细抽吸两相传输动态特性,并探讨了表面润湿性和孔隙率对两相界面分布和毛细性能的影响。研究结果表明,对于三维复杂结构多孔吸液芯,毛细抽吸过程中两相界面不规则性、分布不均匀性程度较大,孔尺度效应显著。在一定范围内,随着多孔表面润湿性的增强,吸液芯孔隙率的降低,毛细作用相应增强,吸液芯内液体抽吸速率增加,最大吸液量逐步增大,毛细性能也随之提高。

关键词： CO_(2)毛细封存   Ostwald熟化   非均质多孔介质   传质   数值模拟  

摘要： 多孔介质内的气泡熟化行为广泛存在于CO_(2)封存等领域,为探究多孔介质内气泡的熟化特性,本文采用空气作为模拟气体,通过可视化实验和数值计算,对双孔隙和四孔隙气泡熟化过程进行了研究,阐释了多孔介质非均质性对熟化过程的影响规律。结果表明:在双孔隙气体饱和度较小情况下,虽然也发生正向熟化,但是孔隙结构的存在使熟化速率明显低于自由流体情况;四孔隙研究显示多孔介质非均质性对气泡熟化过程影响显著,由于孔隙的几何限制,气泡在某些情况下会发生逆Ostwald熟化,即生长的气泡在充满当前孔隙空间后会停止生长并反向熟化导致尺寸缩小;在非均质多孔介质中,由于熟化作用,气泡有传质到大孔隙区域趋势,导致大孔隙区域富集大气泡,存在泄漏风险,从而影响封存。

关键词： 水合物沉积物   数值模拟   渗透率   孔隙尺度   非均质分布   颗粒粒径  

摘要： 以中国南海泥质粉砂型天然气水合物沉积物为研究对象,基于有限单元数值模拟法,采用孔隙尺度模型定量分析了砂质颗粒粒径、水合物饱和度和砂质颗粒空间非均质性对水合物沉积物(HBS)渗透率演化的影响。首先,本文基于CT图像重构了含水合物沉积物均质模型,基于Darcy定律对不同砂质颗粒粒径和水合物饱和度的含水合物沉积物储层渗透率进行了定量分析;其次,构建了含水合物沉积物非均质数值模型,探讨砂质颗粒空间非均质性对渗透率演化的影响;最后,提出一种基于Tokyo模型的修正方法,并与数值模拟结果及实验数据进行拟合及验证。研究结果表明:HBS绝对渗透率与粒径呈正相关,砂质颗粒粒径下降至拐点(D_(50)=62.5μm)后,绝对渗透率急剧下降,粉砂水合物沉积物绝对渗透率是黏土水合物沉积物的962倍(S_(H)=41.1%);而HBS相对渗透率则与饱和度S_(H)呈负相关,水合物饱和度上升至拐点S_(H)=33.9%后,相对渗透率急剧下降。砂质颗粒空间非均质性会显著降低初始渗透率且导致渗透率变化对饱和度更加敏感,并成为影响Tokyo模型中指数N变化的关键要素。